探秘“人造太陽”科研項目：人類最理想的潔凈能源

 

6月30日，記者探訪成都核工業西南物理研究院，見到了“人造太陽”的研究裝置。

 

本組稿件采寫華西都市報記者張想玲

 

想像著有一天，當地球資源面臨枯竭的時候，人類是否可以使用“人造太陽”來獲取能源？

 

也許你覺得有些天方夜譚。

 

事實上，在成都一個“人造太陽”的科研項目已經取得了重大進展。核心解讀

 

為何製造人造太陽

 

它是人類最理想的潔凈能源

 

人類為何研製“人造太陽”？專家進行了解釋，核能作為一種新型能源被世界各國所關注。核能包含兩種方式：核裂變和核聚變。原子彈就是利用的核裂變的原理；氫彈、太陽則是核聚變的原理。“受控核聚變能源”由於其固有的安全性、無污染的優越性、燃料資源豐富等特點，被認為是人類最理想的潔凈能源。

 

我們所説的“人造太陽”就是“受控核聚變能源”，目前我國的相關研究水準已達國際先進水準。

 

核聚變所需要的“氘”(音同“刀”)是氫的同位素，一公升的海水裏提取出的氘，完全聚變反應可釋放相當於燃燒300升汽油的能量。科學家初步估計，地球上的海水中蘊藏了大約40萬億噸氘。

 

成都的核工業西南物理研究院裏，通過給“人造太陽”實驗研究裝置——中國環流器二號A托卡馬克裝置不斷加熱，其內的等離子體電子溫度已經“躍升”到5500萬℃。

 

6月30日，中法聯合實驗周。來自法國原子能委員會可控核聚變研究所的6人專家團將和核工業西南物理研究院的專家一起，進行一個突破性的實驗——高約速模式下一種新型天線(PAM)耦合實驗，形象地説，就是設計了一個天線陣列，讓微波能夠完美耦合進等離子體，從而達到“人造太陽”加熱到高溫的目的。

 

對此，專家解釋，人類想和平利用核聚變能，就得實現“受控核聚變”，等離子體溫度必須達到上億攝氏度的高溫。這種新型天線實驗的成功，將推動成都的“受控核聚變實驗研究”進一步向前發展。

 

新突破“人造太陽”實驗 目標是一億攝氏度

 

此次“中法聯合實驗周”的工作地點位於西物院。

 

這個被稱為“人造太陽”的裝置究竟長什麼樣？是否像科幻大片般，一個龐然大物渾身閃爍著各種指示燈？帶著疑問和好奇，在西物院副院長段旭如的帶領下，穿過控制大廳來到“人造太陽”實驗研究裝置——中國環流器二號A托卡馬克裝置的所在大廳。

 

中國環流器二號A實驗裝置呈圓形，整個實驗裝置幾乎填滿了這間面積達百平米的大廳，記者走上二樓才從高處看到其全貌。實驗裝置主體呈圓形，其邊緣四週延伸出幾個三角形的“角”，形似一顆巨大的五角星。實驗裝置上寫著“中國環流器二號A”一排大字。裝置四週密密麻麻擺放著各種不停閃爍指示燈的儀器，一根根的鋼管從儀器一直連接到實驗裝置。

 

“這部分設備都為‘人造太陽’服務，主要目的就是讓這個實驗裝置達到高溫。”核工業西南物理研究院副院長段旭如介紹説，目前，其內的等離子體電子溫度已“躍升”到5500萬℃以上，朝聚變裝置“點火”所需的上億攝氏度高溫邁進了一大步。“在這臺實驗裝置上，我們進行核聚變等離子體研究，當它的溫度達到億攝氏度以上之後，如等離子體密度足夠高，可産生可控的核聚變反應，我們目前還在朝上億攝氏度的這個目標努力。”

 

新裝置擺了個“天線陣”助“太陽”産生更大“熱浪”

 

據介紹，在此次為期一週的“中法聯合實驗周”裏，中法專家將開展在高約速模式下一種新型天線(PAM)耦合實驗。該天線是專門為國際熱核聚變堆(ITER)設計的低雜波電流驅動的關鍵部件，“這也是首次在具備偏濾器位形高約速模式運行的受控核聚變裝置上進行實驗，前期我們精心做了很多準備。”

 

新型天線(PAM)耦合實驗，究竟是個什麼原理？所能起到的作用又是什麼呢？對於這些問題，段旭如首先來了一個“人造太陽”加熱四種方法的“科普入門課”，“中國環流器二號A這套實驗裝置被大家形象地稱為‘人造太陽’，怎麼讓這個‘人造太陽’産生五六千萬甚至億攝氏度以上的高溫呢？目前，我們的實驗共有四種方法，分別是中性束注入系統加熱、電子迴旋波系統加熱、離子迴旋波系統加熱，而這個新型天線耦合實驗就是第四種——低雜波系統加熱裏的一個關鍵部件。”

 

而對於這個作用於“人造太陽”上的新型天線與我們日常所理解的“天線”有何不同，許敏博士打了個比方，“我們平時的天線是把接收到的波全部發散出去，而這個新型天線則是要收回來以加熱等離子體。”核工業西南物理研究院研究員許敏解釋説，當低雜波的“旅程”走到環流器二號A的真空壁時，低雜波的前方就是等離子體。“我們希望看到所有的低雜波都繼續向等離子靠近、耦合，從而産生高溫。但這時，便會有一些低雜波被反射出來。於是呢，我們就在與等離子體只有幾釐米的真空壁上，設計了一個天線陣列，盡可能地讓所有的低雜波都全部前進，與等離子完美耦合、産生高溫。”

 

新聞背景

 

和平利用核聚變能ITER計劃

 

中國的一半任務在成都

 

人類想和平利用核聚變能，必須實現“受控核聚變”。科學家認識到，採用由前蘇聯人最初發明的“托卡馬克”裝置可能是實現可控核聚變的最好裝置，“中國環流器二號A”也是“托卡馬克”之一。後來，全球科學家催生了建造國際熱核實驗堆計劃(簡稱ITER計劃，在拉丁語裏它是“道路”的意思)。

 

ITER計劃于2006年11月21日簽署協議，我國成為ITER計劃的七個成員之一，其他是歐盟、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國。ITER實驗堆建在法國，建造預算約55億美元；技術方面，中國將承擔其中約9%的研發製造任務——這就是核工業西南物理研究院、中科院等離子體物理研究所等單位科學家承擔的任務。其中，位於成都的核工業西南物理研究院承擔了其中約一半部件研發的重任。

 

按照計劃，如果ITER按計劃取得成功，預計將在2035年左右建造聚變示範堆(DEMO)；有望2050年前後建造第一個商用反應堆，也就是可供商業利用的電站，到時，人們將用上核聚變能。